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        復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境空中加油空域規(guī)劃

        2022-07-04 13:15:31林佳徐
        科學(xué)與財(cái)富 2022年8期

        摘 要:在現(xiàn)代戰(zhàn)爭條件下,擁有了制空權(quán)就等于是擁有了戰(zhàn)場上的主動權(quán),而制空權(quán)的奪取需要依靠著戰(zhàn)斗機(jī)的長時(shí)間的飛行以及作戰(zhàn)能力,在這之中,空中加油技術(shù)發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用。它不僅可以大幅度的提高戰(zhàn)斗機(jī)的作戰(zhàn)半徑,而且還可以延長飛機(jī)在空中的停留時(shí)間,因而世界各個(gè)軍事大國都十分重視對空中加油能力的研發(fā)。本文就復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下作戰(zhàn)飛機(jī)的空中加油空域規(guī)劃做了研究和分析,并采用仿真實(shí)驗(yàn)的方式來對其可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證,以期可以為空中加油空域規(guī)劃提供一些理論參考。

        關(guān)鍵詞:空中加油;空域規(guī)劃;復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境

        引言:

        在當(dāng)前階段,對于空中加油技術(shù)的研究與分析多集中于飛機(jī)航路的規(guī)劃和設(shè)計(jì)方面,其主要的目的是為了降低油量的消耗,但對于復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下的空中加油空域規(guī)劃來講,其規(guī)劃的難點(diǎn)以及重點(diǎn)在于結(jié)合實(shí)際的戰(zhàn)場情況來設(shè)計(jì)加油空域的中心位置,這對于高效高質(zhì)的完成空中加油任務(wù)以及提升作戰(zhàn)飛機(jī)的效率都有著十分重要的作用。

        1.加油空域規(guī)劃的原理

        對于加油空域的規(guī)劃來講,其應(yīng)該以加油機(jī)以及作戰(zhàn)飛機(jī)飛行航路的基礎(chǔ)之上來展開設(shè)計(jì),并結(jié)合各種因素來對戰(zhàn)場進(jìn)行綜合分析,在經(jīng)過計(jì)算之后得出合理的空域中心位置、空域大小、空域高度等,從而全面完成對加油空域的規(guī)劃任務(wù)。由此我們可知,在對加油空域進(jìn)行規(guī)劃的過程中其設(shè)計(jì)難點(diǎn)與重點(diǎn)都是確定空域的中心點(diǎn)。

        2.規(guī)劃方案設(shè)計(jì)

        2.1設(shè)計(jì)思路

        首先依據(jù)機(jī)場位置、目標(biāo)空域以及飛機(jī)航程和受油飛機(jī)半徑來規(guī)劃出空中加油的可行空域,并綜合考慮紅方雷達(dá)的保護(hù)區(qū)域以及藍(lán)方地面防空武器的威脅半徑來進(jìn)一步確定空域加油的初始可行區(qū)域[1]。然后通過對紅方雷達(dá)通信保障、藍(lán)方雷達(dá)威脅以及飛機(jī)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的具體時(shí)間等因素進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的設(shè)計(jì),同時(shí)利用IGA在已確定的空域加油初始可行區(qū)域范圍內(nèi)搜尋最佳區(qū)域作為最終確定的空中加油區(qū)域,從而在經(jīng)過目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算之后能夠得出最優(yōu)的結(jié)果,并以此為基礎(chǔ)來對加油空域的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)[2]。

        2.2確定可行區(qū)域

        通常情況下我們利用目標(biāo)函數(shù)來對空域加油的可行區(qū)域進(jìn)行確定,其具體的流程為:假設(shè)作戰(zhàn)飛機(jī)的機(jī)場位置為F,空中加油機(jī)的機(jī)場位置為R,加油空域的位置為σ,空域加油的目標(biāo)區(qū)域?yàn)門,作戰(zhàn)飛機(jī)至加油空域的距離為DFσ,空中加油機(jī)至加油空域的距離為DRσ,加油空域至目標(biāo)空域的距離為DσT。那么對于規(guī)劃的加油空域來說,其主要受到以下4個(gè)因素的限制:

        ① DFσ應(yīng)小于作戰(zhàn)飛機(jī)的最大航程RL;

        ② DσT應(yīng)小于作戰(zhàn)飛機(jī)的最大作戰(zhàn)半徑RF;

        ③ 確保規(guī)劃的加油空域在紅方雷達(dá)的有效保護(hù)范圍之內(nèi);

        ④ 規(guī)劃的加油空域應(yīng)在藍(lán)方雷達(dá)的威脅范圍之外。

        距離變量的示意圖如下圖1所示,由圖中我們可知,我們先將作戰(zhàn)飛機(jī)的機(jī)場以及目標(biāo)區(qū)域中心位置作為圓心,以RL和RF為半徑,得出對應(yīng)的相交區(qū)域M,及圖1中的陰影區(qū)域[3]。規(guī)劃的初始可行區(qū)域示意圖如下圖2所示,由圖中我們可知,規(guī)劃的初始可行區(qū)域?yàn)橄嘟粎^(qū)域M和紅方雷達(dá)保障區(qū)域L交叉的公共區(qū)域,除去藍(lán)方雷達(dá)所覆蓋的威脅區(qū)域,使用公式表示為:X一(M n L)一K,即圖2中的陰影區(qū)域。

        2.3目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)

        在規(guī)劃空域加油的過程中,紅方雷達(dá)的有效通信保障率、藍(lán)方雷達(dá)的威脅代價(jià)以及作戰(zhàn)飛機(jī)和空中加油機(jī)的時(shí)間代價(jià)是三個(gè)對空域加油成功概率有著重要影響的因素,通過綜合考慮上述三個(gè)關(guān)鍵因素,利用函數(shù)對其精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)計(jì)算,在此基礎(chǔ)之上我們可以得出空中加油的目標(biāo)函數(shù)為:

        其中J為新的威脅代價(jià), T為新的耗時(shí)代價(jià), F為新的耗油代價(jià)。最后對這三個(gè)代價(jià)取加權(quán)和, 權(quán)重因子取為wi 得到目標(biāo)函數(shù):

        其中

        由此我們得知,即K的值越小,對應(yīng)的加油空域規(guī)劃方案的性能越好。

        1.仿真分析

        本次仿真分析以F-16戰(zhàn)斗機(jī)和KC-10加油機(jī)為實(shí)驗(yàn)對象,結(jié)合公開的飛機(jī)飛行性能參數(shù),我們設(shè)F-16的最大航程為1600km,作戰(zhàn)半徑為600km,那么對應(yīng)的加油空域范圍則為3000km,結(jié)合上述已知的參數(shù)我們進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)所設(shè)置的區(qū)域范圍為2000×500km[4]。利用IGA算法來對關(guān)鍵的數(shù)字進(jìn)行計(jì)算,并同時(shí)設(shè)置了3種不同的權(quán)重系數(shù),可得出在不同權(quán)重下的加油空域計(jì)算結(jié)果如下表1所示。

        在對加油空域中心位置及角度規(guī)劃后,根據(jù)氣象數(shù)據(jù)可知,加油空域內(nèi)有云層,云底高4000 m,云頂高4500m。根據(jù)空域高度規(guī)劃計(jì)算結(jié)果可以得知,規(guī)劃加油空域底高為4600 m,頂高為6000 m。

        根據(jù)表格中得出的具體數(shù)據(jù),我們對三種不同權(quán)重下空域加油的計(jì)算結(jié)果分析可知,要想保證空域加油的成功率,就需要使得作戰(zhàn)飛機(jī)盡可能地從藍(lán)方雷達(dá)的覆蓋盲區(qū)通過,到達(dá)紅方雷達(dá)的保障區(qū)域內(nèi),并同時(shí)確??罩屑佑蜋C(jī)盡量地遠(yuǎn)離藍(lán)方雷達(dá)的威脅區(qū)域。因而,在實(shí)際戰(zhàn)爭中我們需要根據(jù)作戰(zhàn)的實(shí)際需求來進(jìn)行相關(guān)權(quán)重和參數(shù)的設(shè)置,以便得到最優(yōu)的加油空域。

        結(jié)語:

        由此我們可以看出,對于在現(xiàn)代戰(zhàn)爭條件下的空中加油空域進(jìn)行規(guī)劃是一個(gè)受限條件較多且較為負(fù)責(zé)的問題,因此我們在對其進(jìn)行規(guī)劃和計(jì)算時(shí)應(yīng)綜合考慮到各種必要的約束條件,運(yùn)用遺傳算法的功能來規(guī)劃和設(shè)計(jì),以便得出更加直觀和高質(zhì)量的規(guī)劃結(jié)果。

        參考文獻(xiàn):

        [1]孫勇成,蔡俊偉,張帥. 復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境空中加油空域規(guī)劃[J]. 指揮信息系統(tǒng)與技術(shù),2018,9(3):59-64.

        [2]李藝輝,韓旭東. 基于遺傳算法的戰(zhàn)場空中加油空域規(guī)劃[J]. 計(jì)算機(jī)仿真,2016,33(8):58-62.

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        [4]劉健豪,艾劍良.飛機(jī)空中加油航路規(guī)劃的最優(yōu)化研究[J].復(fù)旦學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,53(1):141-146.

        作者簡介:林佳徐,男,漢族 山東煙臺 2000.02,本科,空軍工程大學(xué)學(xué)員(陜西西安)(710051)主要研究方向指揮控制。

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